La cimentación, la colocación de
los cimientos de una construcción, es el nombre que recibe el conjunto de
elementos colocados en el terreno sobre los que se asienta la estructura. Su
misión es la de soportar las cargas y asegurar que la estructura reciba iguales
presiones y fuerzas en todo su despliegue, transmitiendo las cargas y fuerzas
de la tierra para su mejor distribución.
Se denomina cimentación al
conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la
edificación o elementos apoyados a este al suelo distribuyéndolas de forma que
no superen su presión admisible ni produzcan cargas zonales. Debido a que la
resistencia del suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o muros que
soportará, el área de contacto entre el suelo y la cimentación será
proporcionalmente más grande que los elementos soportados (excepto en suelos
rocosos muy coherentes).
La cimentación es importante
porque es el grupo de elementos que soportan a la superestructura. Hay que
prestar especial atención ya que la estabilidad de la construcción depende en
gran medida del tipo de terreno.
Como bien lo dice la frase, una
buena construcción dependerá, como primera medida, de buenos cimientos. Estos
son la base de la construcción: una mala o pobre cimentación es un augurio de
un futuro poco promisorio para toda la estructura.
Para qué sirve la cimentación
La cimentación debe asegurar una
distribución pareja de las cargas y fuerzas, y una base nivelada a la
perfección para que la estructura no se vea, luego, comprometida por pesos mal
distribuidos ni exigencias en pilares o en cualquiera de las partes de la
construcción.
Para la existencia de una buena
cimentación, también se debe contar con un terreno bien preparado. El terreno
(la parcela de tierra sobre la que se construye) ha de estar también nivelado,
y principalmente bien asentado, contando con la composición correcta para
evitar que los azotes meteorológicos y las condiciones climáticas y ambientales
lo hagan ceder y perder estabilidad. El suelo puede complementarse con
rellenos, y también puede “pisarse”, que es presionarlo con pesos y golpeteos
para compactar sus contenidos, haciéndolo así más firme.
Funciones de los cimientos
Además de soportar las cargas y
distribuir las fuerzas de la estructura, los cimientos han de ser fuertes y
resistentes para no romper por cortante. Esto es el resultado de tensiones mal
divididas: movimientos telúricos, sismos u otros similares podrían provocar
tensiones y fuerzas que amenazan con cortar los cimientos.
Otra de las funciones de los
cimientos es la de distribuir las tensiones y la flexión de toda la estructura:
el cimiento, aunque sólido, debe “moverse” en conjunto con el terreno. Al
acompañar al terreno en sus movimientos, en lugar de imponerse estático, se
evita las rupturas por cortante y los quiebres estructurales. También los
cimientos procuran aislar a la construcción de las características propias del
terreno, como las humedades, la circulación de aguas sub-superficiales y demás.
Tipos de cimentaciones
La elección del tipo de
cimentación depende especialmente de las características mecánicas del terreno,
como su cohesión, su ángulo de rozamiento interno, posición del nivel freático
y también de la magnitud de las cargas existentes. A partir de todos esos datos
se calcula la capacidad, que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan
usar un tipo u otro diferente de cimentación. Siempre que es posible se emplean
cimentaciones superficiales, ya que son el tipo de cimentación menos costoso y
más simple de ejecutar. Cuando por problemas con la capacidad portante o la
homogeneidad del mismo no es posible usar cimentación superficial se valoran
otros tipos de cimentaciones.
Hay dos tipos fundamentales de
cimentación: directas y profundas.
Cimentaciones superficiales o
directas
Son aquellas que se apoyan en las
capas superficiales o poco profundas del suelo, por tener éste suficiente
capacidad portante o por tratarse de construcciones de importancia secundaria y
relativamente livianas. En este tipo de cimentación, la carga se reparte en un
plano de apoyo horizontal.
También llamada “directa”, que se
apoya sobre la capa de terreno superficial (o apenas por debajo del nivel)
creando una base plana a partir de la cual se erige la construcción. Es la
elegida para construcciones rápidas en terrenos y climas más estables. Se
clasifican, asimismo, en cimentaciones ciclópeas (para terrenos cohesivos,
formada con hormigón fortalecido con piedras), zapatas (para elementos
puntuales, como pilares o muros portantes, en bloques independientes con
encofrados) y losas de cimentación (placas flotantes que se apoyan en el
terreno).
En estructuras importantes, tales
como puentes, las cimentaciones, incluso las superficiales, se apoyan a
suficiente profundidad como para garantizar que no se produzcan deterioros. Las
cimentaciones superficiales se clasifican en:
• Cimentaciones
ciclópeas.
• Zapatas.
• Zapatas
aisladas.
• Zapatas
corridas.
• Zapatas
combinadas.
• Losas
de cimentación.
Cimentaciones ciclópeas
En terrenos cohesivos donde la
zanja pueda hacerse con paramentos verticales y sin desprendimientos de tierra,
el cimiento de concreto ciclópeo (hormigón) es sencillo y económico. El
procedimiento para su construcción consiste en ir vaciando dentro de la zanja
piedras de diferentes tamaños al tiempo que se vierte la mezcla de concreto en proporción
1:3:5, procurando mezclar perfectamente el concreto con las piedras, de tal
forma que se evite la continuidad en sus juntas. El hormigón ciclópeo se
realiza añadiendo piedras más o menos grandes a medida que se va hormigonando
para economizar material. Utilizando este sistema, se puede emplear piedra más
pequeña que en los cimientos de mampostería hormigonada. La técnica del
hormigón ciclópeo consiste en lanzar las piedras desde el punto más alto de la
zanja sobre el hormigón en masa, que se depositará en el cimiento.
Precauciones:
• Tratar
que las piedras no estén en contacto con la pared de la zanja.
• Que
las piedras no queden amontonadas.
• Alternar
en capas el hormigón y las piedras.
• Cada
piedra debe quedar totalmente envuelta por el hormigón.
Zapatas aisladas
Las zapatas aisladas son un tipo
de cimentación superficial que sirve de base de elementos estructurales
puntuales como son los pilares; de modo que esta zapata amplía la superficie de
apoyo hasta lograr que el suelo soporte sin problemas la carga que le
transmite. El término zapata aislada se debe a que se usa para asentar un único
pilar, de ahí el nombre de aislada. Es el tipo de zapata más simple, aunque
cuando el momento flector en la base del pilar es excesivo no son adecuadas y en
su lugar deben emplearse zapatas combinadas o zapatas corridas en las que se
asienten más de un pilar. La zapata aislada no necesita junta pues al estar
empotrada en el terreno no se ve afectada por los cambios térmicos, aunque en
las estructuras sí que es normal además de aconsejable poner una junta cada 30
m aproximadamente, en estos casos la zapata se calcula como si sobre ella solo
recayese un único pilar. Una variante de la zapata aislada aparece en edificios
con junta de dilatación y en este caso se denomina "zapata bajo pilar en
junta de diapasón".
En el cálculo de las presiones
ejercidas por la zapata debe tenerse en cuenta además del peso del edificio y
las sobrecargas, el peso de la propia zapata y de las tierras que descansan
sobre sus vuelos, estas dos últimas cargas tienen un efecto desfavorable
respecto al hundimiento. Por otra parte en el cálculo de vuelco, donde el peso
propio de la zapata y las tierras sobre ellas tienen un efecto favorable.
Para construir una zapata aislada
deben independizarse los cimientos y las estructuras de los edificios ubicados
en terrenos de naturaleza heterogénea, o con discontinuidades, para que las
diferentes partes del edificio tengan cimentaciones estables. Conviene que las
instalaciones del edificio estén sobre el plano de los cimientos, sin cortar
zapatas ni riostras. Para todo tipo de zapata, el plano de apoyo de la misma
debe quedar empotrado 1 dm en el estrato del terreno.
La profundidad del plano de apoyo
se fija basándose en el informe geotécnico, sin alterar el comportamiento del
terreno bajo el cimiento, a causa de las variaciones del nivel freático o por
posibles riesgos debidos a las heladas. Es conveniente llegar a una profundidad
mínima por debajo de la cota superficial de 50 u 80 cm. en aquellas zonas
afectadas por estas variables. En el caso en que el edificio tenga una junta
estructural con soporte duplicado (dos pilares), se efectúa una sola zapata
para los dos soportes. Conviene utilizar hormigón de consistencia plástica, con
áridos de tamaño alrededor de 40 mm. En la ejecución, y antes de echar el
hormigón, disponer en el fondo una capa de hormigón pobre de aproximadamente 10
cm de espesor (hormigón de limpieza), antes de colocar las armaduras.
Zapatas corridas
Las zapatas corridas se emplean
para cimentar muros portantes, o hileras de pilares. Estructuralmente funcionan
como viga flotante que recibe cargas lineales o puntuales separadas.
Son cimentaciones de gran
longitud en comparación con su sección transversal. Las zapatas corridas están
indicadas como cimentación de un elemento estructural longitudinalmente
continuo, como un muro, en el que pretendemos los asientos en el terreno.
También este tipo de cimentación hace de arriostramiento, puede reducir la
presión sobre el terreno y puede puentear defectos y heterogeneidades en el
terreno. Otro caso en el que resultan útiles es cuando se requerirían muchas
zapatas aisladas próximas, resultando más sencillo realizar una zapata corrida.
Las zapatas corridas se aplican
normalmente a muros. Pueden tener sección rectangular, escalonada o estrechada
cónicamente. Sus dimensiones están en relación con la carga que han de
soportar, la resistencia a la compresión del material y la presión admisible
sobre el terreno. Por practicidad se adopta una altura mínima para los
cimientos de hormigón de 3 dm aproximadamente. Si las alturas son mayores se
les da una forma escalonada teniendo en cuenta el ángulo de reparto de las
presiones.
En el caso de que la tierra
tendiese a desmoronarse o el cimiento deba escalonarse, se utilizarán
encofrados. Si los cimientos se realizan en hormigón apisonado, pueden
hormigonarse sin necesidad de los mismos.
Si los trabajos de cimentación
debieran interrumpirse, se recomienda cortar en escalones la junta vertical
para lograr una correcta unión con el tramo siguiente. Asimismo colocar unos
hierros de armadura reforzará esta unión.
Las Zapatas Corridas son, según
el Código Técnico de la Edificación (CTE), aquellas zapatas que recogen más de
tres pilares. Las considera así distintas a las zapatas combinadas, que son
aquellas que recogen dos pilares. Esta distinción es objeto de debate puesto
que una zapata combinada puede soportar perfectamente tres pilares.
Zapatas combinadas
Una zapata combinada es un
elemento que sirve de cimentación para dos o más pilares. En principio las
zapatas aisladas sacan provecho de que diferentes pilares tienen diferentes
momentos flectores. Si estos se combinan en un único elemento de cimentación, el
resultado puede ser un elemento más estabilizado y sometido a un menor momento
resultante.
Losas de cimentación
Una losa de cimentación es una
placa flotante apoyada directamente sobre el terreno. Como losa está sometida
principalmente a esfuerzos de flexión. El espesor de la losa será proporcional
a los momentos flectores actuantes sobre la misma. La relación entre el espesor
de la losa, los momentos flectores de la placa, las cargas exteriores y las
propiedades elásticas del hormigón de la losa.
• Pozos
de cimentación o caissons: Son en realidad soluciones intermedias entre las
superficiales y las profundas, por lo que en ocasiones se catalogan como
semiprofundas. Algunas veces estos deben hacerse bajo agua, cuando no puede
desviarse el río, en ese caso se trabaja en cámaras presurizadas.
• Arcos
de ladrillo sobre machones de hormigón o mampostería .
• Muros
de contención bajo rasante: no es necesario anclar el muro al terreno.
• Micropilotes,
son una variante basada en la misma idea del pilotaje, que frecuentemente
constituyen una cimentación semiprofunda.
Cimentaciones profundas
Es la cimentación más resistente
y mejor preparada contra el esfuerzo cortante. Se coloca a gran profundidad,
dando más firmeza a la estructura. Entre sus métodos más habituales, están los
pilotes y las pantallas.
Se basan en el esfuerzo cortante
entre el terreno y la cimentación para soportar las cargas aplicadas, o más
exactamente en la fricción vertical entre la cimentación y el terreno. Deben
ubicarse más profundamente, para poder distribuir sobre una gran área, un
esfuerzo suficientemente grande para soportar la carga. Algunos métodos
utilizados en cimentaciones profundas son:
• Pilotes:
son elementos de cimentación esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento
prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el terreno
(pilotes de extracción ejecutados in situ). Antiguamente eran de madera, hasta
que en los años 1940 comenzó a emplearse el hormigón.
• Pantallas:
es necesario anclar el muro al terreno.
• pantallas
isostáticas: con una línea de anclajes
• pantallas
hiperestáticas: dos o más líneas de anclajes.
Cimentaciones con Maquinas.
A diferencia de las cimentaciones
de edificación, que generalmente están sometidas a cargas estáticas o cuasi
estáticas, las cimentaciones de maquinaria están sometidas frecuentemente a
cargas cíclicas. La existencia de cargas cíclicas obliga a considerar el estado
límite de servicio de vibraciones y el estado límite último de fatiga.
Algunos tipos de cimentación
usados para maquinaria son:
• Tipo
bloque
• Tipo
celdas
• De
muros
• Porticadas
• Con
pilotes
• Sobre
apoyos elásticos
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